JP4447440B2 - ワークロールのオンライン研削方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧延機の操業中にワークロールを研削するオンライン研削方法に関する。

圧延機の操業中にワークロール（以下単にロールとも称す）を研削し、圧延によって生じるワークロール表面の凹凸をなくすことによって１本のロールによって圧延できる生産量（ロール単位）を増大させるオンラインロール研削装置は、従来から連続熱間圧延工程（ＨＯＴ）における仕上圧延機などに用いられている。
すなわち、板圧延機のワークロールは、鋼板を圧延すると鋼板に接触する部分のみが摩耗し、鋼板に接触しない非圧延部分との間に摩耗段差が生じる。この摩耗段差が発生したロールを用いて摩耗幅以上の幅を有する鋼板を圧延すると，板厚精度や平坦度を悪化させるという問題があった。
そこで、広幅の板から狭幅の板の順に圧延するなど圧延スケジュールを制約する必要が生じていた。しかし、オンラインロール研削装置を設置すれば、圧延の進行に伴って増大する摩耗段差を圧延中に逐次研削・除去することが可能となるため、前記制約を撤廃してロール単位を増大させることができる。

オンラインロールの研削装置においては、回転砥石（以下単に砥石とも称する）の破損や研削装置の故障を回避するために、圧延材の圧延機への噛込み時および噛抜け時を避けた限られた時間内に非圧延部の摩耗段差を研削除去しなければならない。
そこで、効率的に磨耗段差を研削除去するためには、研削能力の高い砥石を用いるとともに、実研削時間をできる限り長く確保する必要がある。

圧延材の圧延機への噛込み・噛抜けの衝撃で発生する振動によってロールと砥石が接触して砥石が破損しないよう、非研削時は、砥石はロール表面から10mm〜20mm程度離れて待機している。
そして、研削可能なタイミングになったときに、砥石は前進を開始しロールにタッチした後、予め設定した研削押付負荷になると研削を開始するが、実研削時間を長く確保するためには、砥石の前進開始から前記設定研削押付負荷になるまでの研削準備時間を短縮する必要がある。つまり、砥石前進速度を大きくする必要がある。

砥石の研削能力はロールへの押付荷重によって変化するため、研削中は、押付荷重を内蔵されたロードセルによって検出し、砥石の押付量を制御して押付荷重をコントロールする必要があり、その研削装置の構造や基本的な制御方法は、例えば、特開平０８−３０９４１１号公報に開示されている。
その方法は、基本的にはロールのプロファイルを維持するために一定押付負荷で研削し、一定の深さを研削する。意図的にプロファイルを変更する場合は、ロールの部位に応じて押付荷重を変更し研削深さを制御するものである。

しかし、この従来の方法は、研削開始の際に、砥石を高速で前進移動させると、急速に押付荷重が増加し、研削押付荷重の設定値を大きくオーバーして過研削になったり、場合によっては砥石が破損するという問題点があった。
特に、従来の連続熱間圧延工程の圧延機におけるオンライン研削では、６０秒〜１２０秒の比較的長い圧延材噛込み中に研削を行うため研削時間に余裕があり、研削準備時間を短縮するニーズは低かった。したがって、過研削や砥石破損を防止することを優先し、待機位置から低速で砥石を先進させてロールにタッチさせる方法を採用していた。
しかし、例えば板厚が６ｍｍ以上の厚板を圧延する場合は、１基あるいは２基の圧延機による間欠圧延となるため、圧延材を噛込んで圧延している時間は最大でも１０秒程度であり、ロール研削を一気に完了することはできず、研削可能なタイミングとしては、鋼板の圧延方向を変更するターン時またはアイドル時しかない。
なお、アイドル時とは、先行被圧延材の圧延が完了し、後行被圧延材の噛込を待っている状態でロールを空運転している時間をいい、２０秒前後の短い時間である。
そこで、ロール研削時間をできる限り長く確保しつつ、回転砥石のワークロールへの押付負荷が設定研削押付負荷を超えるオーバーシュートを低減することによって、過研削や砥石破損を防止するオンラインロール研削方法を実現する必要があった。
特開平０８−３０９４１１号公報

そこで、本発明は、回転砥石の前記研削準備時間ができる限り短く、かつ、回転砥石のワークロールへの押付負荷が設定研削押付負荷を超えるオーバーシュートを低減することができるワークロールのオンラインロール研削方法を提供することを課題とする。

本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、その手段は、鋼板の圧延方向を変更するターン時またはアイドル時において、圧延機のワークロールに弾性を有する回転砥石を押付けて研削するワークロールのオンライン研削方法であって、前記回転砥石を前進させて、ワークロールに接触した後、該回転砥石の押付負荷が下記（Ａ）式の右辺の計算値の６０％以上の範囲で（Ａ）式を満足する設定負荷Ｆになった際に、該回転砥石の前進速度を下記（Ｂ）式で求めた速度範囲に減速させて、前記回転砥石のワークロールへの押付負荷が設定研削押付負荷Ｆ₀を超えるオーバーシュートを低減することを特徴とするワークロールのオンライン研削方法である。
Ｆ≦Ｆ ₀ −Ｋ×Ｖ１×Δｔ ・・・（Ａ）
０．６×（S×Ｆ ₀ ／（Ｋ×Δｔ））≦Ｖ２≦S×Ｆ ₀ ／（Ｋ×Δｔ）
・・・（Ｂ）
ここに、Ｆ：設定負荷[N]、Ｆ ₀ ：設定研削押付負荷[N]、Ｋ：砥石バネ剛性[N/mm]、Ｖ１：減速前の砥石の前進速度[mm/s]、Δｔ：制御遅れ時間[s]、Ｖ２：回転砥石の減速後の前進速度[mm/s]、S：設定研削押付負荷Ｆ ₀ に対する許容オーバーシュート量の比率

本発明によれば、弾性を有する回転砥石がワークロールに接触して、予め設定した設定負荷Ｆになった段階で、該回転砥石の前進速度を減速することによって、回転砥石のワークロールへの押付負荷が設定研削押付負荷を超えるオーバーシュート量を低減してオーバーシュートを許容値以内にすることができるので、ワークロールの過研削、回転砥石の破損を防止することが可能になるなど、産業上有用な著しい効果を奏する。

本発明を実施するための最良の形態について、図１乃至図４を用いて詳細に説明する。
本実施形態においては、被圧延材の代表例として厚鋼板について説明する。
図１は、本発明のオンライン研削方法の実施形態を例示する図である。
図１において、１はワークロール、２はバックアップロール、３はロール研削装置を示す。
本実施形態においては、上下のワークロール１のそれぞれに左右一対、合計４台のロール研削装置３が設けられており、図１に示すように、砥石をワークロール１の表面に押付けながらロール軸方向に移動させることによってワークロール１の表面を研削することができる。
図１に示すように、砥石をロールに押付け、Δｈの砥石たわみ量変化が生じれば砥石押付荷重はΔＦ変化する。

図２は、従来のオンラインロール研削方法における回転砥石の前進速度が速い場合の押付荷重の変動を例示する図であり、回転砥石がワークロールに接触した後も、速い速度で回転砥石を前進させると、前記研削準備時間は短くなる。しかし、押付荷重は急速に上昇し、押付荷重のフィードバック制御の遅れによって設定研削押付負荷であるＦ₀を超えて許容値以上のオーバーシュートが発生するため、過研削や回転砥石の破損の原因となるものである。
また、図３は、回転砥石の前進速度が遅い場合の押付荷重の変動を例示する図であり、回転砥石の前進速度を、遅く設定しておけば、前述のような許容値以上のオーバーシュートは発生しないが、設定研削押付負荷Ｆ₀に到達するまでの研削準備時間が長くかかるので、所定の研削を行うために必要な研削時間が長くなる。

このため、本発明者等は、前記押付荷重のフィードバック制御の遅れがあっても、許容値以上のオーバーシュートを発生させずに短時間に設定研削押付負荷Ｆ₀まで到達する方法について検討した。
まず、回転砥石の砥石バネ剛性をＫ[N/mm]、砥石の押付量（たわみ量）変化をΔｈ[mm]とすると、図１に示す押付荷重変化：ΔF[N]は、
ΔF = K×Δh ・・・ (1)
となる。
そして、回転砥石を待機位置から前進させ、ワークロールにタッチさせるときの前進速度をＶ１[mm/s]とすれば、ワークロールにタッチした後からの経過時間をΔt[s]とすると回転砥石の押付量変化：Δh[mm]は、
Δh =Ｖ１×Δt ・・・ (2)
で表されるので、ワークロールにタッチした後の押付荷重の変化は、
ΔF = K×Ｖ１×Δt ・・・ (3)
となる。

したがって、砥石が高剛性であるほど、あるいは前進速度が速いほど短時間で押付荷重が増大することとなる。また、前進速度が速いほど制御の遅れから大きくオーバーシュートする。
ここで（３）式からわかるように、回転砥石の剛性を小さくすることで押付荷重の急増を低減できるが、研削による押付荷重で回転砥石が塑性変形しないように、回転砥石の剛性は研削能力に必要な押付荷重から制約される。

制御の遅れは、荷重検出のサンプリング時間、モータの制御特性などによって生じる。したがって、回転砥石を高速前進させても過荷重が発生しないように、制御の遅れを補償する目的でワークロールにタッチした後の押付荷重が設定研削押付荷重Ｆ₀に到達する前に前進速度を減速させる必要がある。制御上の送れ時間Δｔが既知であれば、その送れ時間を考慮して許容値以上のオーバーシュートを防止するためには回転砥石の前進速度を変更する時点の設定負荷Ｆを（４）式に示す値とすればよい。
F≦Ｆ₀−K×Ｖ１×Δｔ ・・・（４）
しかし、砥石の砥石バネ剛性Ｋは一般的に１０００N/mmから３０００N/mmであるため、５mm/sの前進速度で砥石を押付けると、荷重検出のサンプリング時間を１０msecとすれば、サンプリング毎に５０Nから１５０Nの荷重変化が発生することになる。この荷重変化は砥石の設定研削押付負荷Ｆ₀が５００Nから２０００Nが一般的であることを考慮すると比較的大きいため、許容値以上のオーバーシュートを確実に防止するには上記（４）式で示す設定負荷Ｆを越す前に砥石の前進速度を減速するように負荷設定するのが好ましい。

そして、減速後の砥石は、その速度Ｖ２で前進して設定研削押付負荷Ｆ₀を検知すると停止するものである。この際にも前記制御の遅れが生じるために、前記許容値以上のオーバーシュートが発生する恐れがあるために、制御遅れ時間Δｔ、設定研削押付負荷Ｆ₀に対する許容オーバーシュート量の比率Ｓ等を考慮して下式（５）で算定した範囲内で、かつ、上限に近い値の前進速度にすることが好ましい。
０．６×（S×Ｆ₀／（Ｋ×Δｔ））≦Ｖ２≦S×Ｆ₀／（Ｋ×Δｔ） ・・・（５）
また、この減速後の砥石の前進速度Ｖ２の下限を０．６×（S×Ｆ₀／（Ｋ×Δｔ））としたのは、これ以下では設定研削押付負荷Ｆ₀に達するまでの時間が不必要に長くなるからである。

図４に示すように、回転砥石がワークロールに接触するまでは、回転砥石の前進速度を５ｍｍ/ｓとし、回転砥石がワークロールに接触した後に、例えば、押付荷重が１０００（Ｎ）に達した段階で、回転砥石の前進速度を５ｍｍ/ｓから１ｍｍ/ｓに減速させることによって、回転砥石のワークロールへの押付負荷が設定研削押付負荷Ｆ₀（１５００Ｎ）を超えるオーバーシュートを低減して、許容オーバーシュート範囲内に収めつつ、設定研削押付負荷Ｆ₀への到達時間（研削準備時間）を短くすることができる。

本発明におけるワークロールのオンライン研削方法の実施例を表１に示す。
発明例１〜３は、砥石の前進速度の減速を開始する設定負荷Ｆが計算式（Ａ）を満足し、かつ、減速後の前進速度も計算式（Ｂ）を満足する速度としたので、研削準備時間も短く、オーバーシュートも殆どなく、かつ、砥石の破損の発生もなく研削を開始できた。

比較例１は、比較例であり、砥石の前進速度を減速開始する設定負荷Ｆが計算式（Ａ）を満足しなかった（計算値より大きい設定負荷とした）例であり、オーバーシュート量が許容値内ではあるが大きなものとなった。
比較例２は、砥石の減速後の前進速度Ｖ２が計算式（Ｂ）を満足しなかった（計算値より若干速い速度とした）例であり、オーバーシュート量が許容値内ではあるが大きなものとなった。

また、従来例１は、砥石の前進速度を5mm/sのまま減速させなかった例であり、オーバーシュート量を許容値内に収めることができるにロールタッチ部で過荷重となって狙い以上に深く研削するとともに、砥石変形が大きく、亀裂が発生した。
従来例２は、砥石の前進速度を最初から１mm/sの低速に設定したままとした例であり、オーバーシュートの発生はなかったが、研削準備時間が長くなった。

本発明のオンラインロール研削方法の実施形態を例示する図であり、圧延機を側面から見た断面図である。 従来のオンラインロール研削方法におけるオーバーシュートを例示する図である。 従来のオンラインロール研削方法における砥石の前進速度が遅い場合の押付荷重の変動を例示する図である。 本発明のオンラインロール研削方法における押付速度と押付荷重の変動を例示する図である。

符号の説明

１ ワークロール
２ バックアップロール
３ ロール研削装置

Claims (1)

1. 鋼板の圧延方向を変更するターン時またはアイドル時において、圧延機のワークロールに弾性を有する回転砥石を押付けて研削するワークロールのオンライン研削方法であって、前記回転砥石を前進させて、ワークロールに接触した後、該回転砥石の押付負荷が下記（Ａ）式の右辺の計算値の６０％以上の範囲で（Ａ）式を満足する設定負荷Ｆになった際に、該回転砥石の前進速度を下記（Ｂ）式で求めた速度範囲に減速させて、前記回転砥石のワークロールへの押付負荷が設定研削押付負荷Ｆ₀を超えるオーバーシュートを低減することを特徴とするワークロールのオンライン研削方法。
   Ｆ≦Ｆ ₀ −Ｋ×Ｖ１×Δｔ ・・・（Ａ）
   ０．６×（S×Ｆ ₀ ／（Ｋ×Δｔ））≦Ｖ２≦S×Ｆ ₀ ／（Ｋ×Δｔ）
   ・・・（Ｂ）
   ここに、Ｆ：設定負荷[N]、Ｆ ₀ ：設定研削押付負荷[N]、Ｋ：砥石バネ剛性[N/mm]、Ｖ１：減速前の砥石の前進速度[mm/s]、Δｔ：制御遅れ時間[s]、Ｖ２：回転砥石の減速後の前進速度[mm/s]、S：設定研削押付負荷Ｆ ₀ に対する許容オーバーシュート量の比率

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